-
-
Разработване на алтернативни технологии за дистанционен мониторинг на полски, маслодайни, зеленчукови култури и трайни насаждения.
-
Изследване възможностите на безпилотните летателни апарати за провеждане на растителнозащитни мероприятия при отглеждането на основните полски, маслодайни, зеленчукови култури и трайни насаждения и определяне качеството на извършваните дейности, осъществявани по принципно новите технологични схеми.
-
Изследване възможностите на Европейската глобална спътникова радио навигационна система за позициониране „Галилео“ (EGNSS GALILEO) за автономна работа на безпилотните летателни апарати по зададена работна програма.
-
Нарастващото потребление на храни налагат увеличаване на количеството на произведената продукцията от земеделието и развитието на нови производствени технологии, които трябва да отговарят на повишените нужди, при намаляване на антропогенния натиск върху околната среда.
Прецизното земеделие е иновативна концепция, включваща спътникови системи за позициониране, сензорни технологии за събиране на данни и геоинформационни системи. В него трябва да се интегрират ефектите на различни пространствени променливи като свойства на почвата, топография, растителна популация, торене, напояване и нападения от вредители.
Съвременните технологии за извършването на мониторниг на състоянието на културните растения включват прилагането на редица сензорни технологии чрез въздушно дистанционно наблюдение или наземни системи. Основна част от инструментите за дистанционни анализи на растителността се базират на цветни изображения и спектрални сензори. Отражението от растенията на електромагнитното лъчение във видимата и близката инфрачервена област зависи от много фактори – повърхността на листата, структурата им, химичния им състав, съдържанието на вода, пигменти, наличие на абиотичен и биотичен стрес и т.н. Термичните сензори определят температурата на растенията, която корелира с водния им статус. Флуоресцентни сензори се използват за определяне на съдържанието на хлорофил в растенията. Новите мулти и хиперспектрални сензори позволяват получаването едновременно на пространствена и спектрална информация от всяка точка на изследваните растения. Спектралните сензори и компютърното зрение могат да се използват не само за анализ на растенията, но и за определяне на състава и качеството на произведената продукция. Разработени са различни методи за обработка на изображения във видимия диапазон, и математически многофакторни методи за количествен анализ и класификация на базата на получените спектрални характеристики и хиперспектралните изображения на растенията.
Сензорите за анализ на растения и почви могат да се намират на спътници, самолети или безпилотни летателни апарати. От спътниците се получава глобален обзор и регулярна информация, но разделителната способност в повечето случаи, особено на свободните данни, е ниска и не е приложима за малки площи. Безпилотните летателни апарати (БЛА) предоставят уникални възможности за ниска височина на полет, а оттам и висока разделителна способност на получените изображения, ниски експлотационни разходи, по-малка зависимост от метеорологичните условия, многократна повторяемост на наблюденията. За използването на БЛА в растителнозащитни мероприятия трябва да се подобри прецизността и намаляване на грешката при позиционирането им. Това може да се направи с прилагане на RTK GNSS система за намаляване на грешката и свеждането и до 1-2 см.
Друг подход за подобряване на ефективността на селското стопанство е свързан с използването на роботи в земеделието. Сегашното разбиране е да се създадат достатъчно интелигентни машини, които да са способни да взимат самостоятелни решения и да работят в естествена среда, без да се изземат управляващите функции на човека. Тези роботи могат да работят непрекъснато, да изпълняват функции в недобри метеорологични условия или при намалена видимост. Интерес представлява работата на такива автономни машини при засяване, обработката на различни култури, борбата с вредителите и плевели, напояването и третирането на растенията, дистанционен контрол и оценка на щети по насажденията. За да могат да работят в толкова широка гама от дейности, агророботите трябва да притежават специфично оборудване за конкретната задача. Агророботите трябва да имат богата гама от сензори за събиране на нужната информация и вземане на адекватни решения за действие в конкретните условия.
Научните колективи, които ще работят в този работен пакет, ще проведат изследвания, свързани със:
• Създаване на автономна система за управление на агроробот и безпилотен летателен апарат и специфично оборудване за изпълнение на различни задачи.
• Разработване и изследване на алтернативни технологии чрез робот и БЛА за: мониторинг на почвените условия и почвообработка; за мониторинг и унищожаване на плевели; за мониторинг и провеждане на интегрирана растителна защита; за мониторинг и отстраняване чрез физико-механичен метод на вредителите при отглеждане на земеделски култури; мониторинг и установяване на ефекта от локално приложение на пестициди, листни торове и антистресови продукти при използване на БЛА.
• Приложение на дистанционни и недеструктивни методи (спектрални характеристики и цифрови и хиперспектрални изображения) за: създаване на модели за класификация на растения домати за оценка на водния стрес и азотния дефицит в растенията; създаване на модели за класификация на домати в зависимост от степента на зрелост; ранно диагностициране на възникване на гъбни заболявания по растителни култури, култивирани в аквапонна система; управление на поливните режими на зеленчукови култури и почви; разработване на метод за корелация на данни от сензори и от дистанционни измервания с цел установяване на зависимости между температурата на посева и почвената влажност на различна дълбочина; определяне на най-информативните дължини на вълните и вегетативни индекси за дистанционна диагностика на болести при основните трайни насаждения; формиране на база данни от изображения на Сентинел-2А и Сентинел-2Б от изградени платформи на основни полски култури (Зимна обикновена пшеница, Слънчоглед, Царевица и грах), генериране на данни, включващи вегетационни индекси, количествени и качествени характеристики на насажденията и установяване на рискови фактори от абиотичен и биотичен стрес, идентифициране разпространението на болести и неприятели в рамките на изградените платформи от основни полски култури.
• Проучване на модела MOHID-Land за симулиране на динамиката на почвената влага.
• Формиране на времеви серии от данни за състоянието на съзвездието от навигационни спътници от състава на GNSS GALILEO; изчисляване на критериите за точност (DOP) на база на събраните данни; анализ и оценка на очакваната точност при определяне на местоположението на БЛА в тримерното пространство.
Целенасочените научни и приложни изследвания, свързани с приложението на дистанционен мониторинг, изкуствен интелект и роботизирани технологии в земеделието, ще доведат до намаляване на разходите на земеделските стопани, повишаване на продуктивността, ограничаване на използването на препарати за растителна защита и намаляване на емисиите на парникови газове.
1.2.1. Разработване на алтернативни технологии за дистанционен мониторинг на полски, маслодайни, зеленчукови култури и трайни насаждения
ДЕЙНОСТИ:
1.2.1-1. Използване на земеделски робот и дрон за алтернативна технология за мониторинг и обработка на земеделски култури.
- Проектиране и прототипиране на визуална система на летателния апарат и комбинирана манипулативна част за работа с земеделски робот и дрон.
- Разработване и изследване на алтернативна технология за мониторинг и унищожаване на плевели при отглеждане на земеделски култури посредством използването на земеделски робот и дрон.
- Разработване и изследване на алтернативна технология за мониторинг на почвените условия при отглеждане на земеделски култури посредством използването на земеделски робот и дрон.
- Разработване и изследване на алтернативна технология за почвообработка при отглеждане на земеделски култури посредством използването на земеделски робот и дрон.
- Създаване на телеуправляваща система, с автономни функции, за управление на роботизираната ръка и специализираните модули.
- Разработване и изследване на роботизирана 6 DoF ръка за подпомагане на диагностиката на земеделски култури посредством използването на земеделски робот и дрон.
1.2.1-2. Технология за дистанционен мониторинг на домати, отглеждани в условията на оранжерийно зеленчукопроизводство.
- Изследване на възможностите за използване на компютърно зрение, спектрални инструменти, мултиспектрални и хиперспектрални камери и други сензори за дистанционни измервания за оценка на състоянието на домати, отглеждани в условията на оранжерийно зеленчукопроизводство.
- Изследване на възможностите за използване на компютърно зрение, спектрални инструменти, мултиспектрални и хиперспектрални камери и други сензори за дистанционни измервания за оценка на качеството на домати.
1.2.1-3. Идентифициране на ефекта от прилагането на зелени резитбени операции при сортовете Сира и Каберне фран в контекста на лозов масив при пълен дигитален мониторинг на експерименталната и контролната зона.
- Организиране на база данни за цифров анализ и необходими за мониторинг на състоянието на лозовото насаждение /преминаване на фенофазите, воден и хранителен режим, нападения от болести и неприятели/, съхранение на данните от всички измервания и създаване на иновативен сайт.
- Определяне цвета на почвата и създаване на 3 D модел на насаждението в ГИС (с дрон).
- Разработване на технологични решения с използване на зелени резитбенни операции, за осъществяване на контрол върху количеството и качеството на гроздето на сортовете Сира и Каберне фран.
- Установяване влиянието на прилаганите зелени резитбени операции върху химичния състав, фенолния комплекс, антиоксидантните ссвойства и органолептичния профил на получените вина от проучваните сортове.
- Установяване на евапотранспирацията (ЕТ) при отделните сортове. Изчисляване на биофизични коефициенти. Изчисляване на коефициент на ефективност на поливната вода.
1.2.1-4. Използване на мултиспектрални камери за определяне на нуждата от провеждане на растителнозащитни мероприятия при някои зеленчукови култури, култивирани в аквапонна система.
- Ранно диагностициране на възникване на гъбни заболявания по растителни култури, при култивирането им в аквапонна система.
- Създаване на алгоритъм за ранно предупреждение при опасност от възникване на гъбни заболявания в аквапоника.
1.2.1-5. Разработване на технология за дистанционен мониторинг на напояването на зеленчукови култури.
- Прилагане на поливни режими с различна степен на обезпечаване с вода на растенията и пресмятане на вегетационни индекси.
- Комбиниране на данни in situ за водата в почвата с данни от дистанциоони наблюдения на зеленчукови култури и почви с мултиспектрални камери за управление на поливните режими.
- Създаване на модел за регулирано използване на водата при зеленчукови култури.
- Разработване на метод за корелация на данни от сензори и от дистанционни измервания с цел установяване на зависимости между температурата на посева и почвената влажност на различна дълбочина.
1.2.1-6. Използване на изображения от Сентинел за дистанционен мониторинг на полски култури.
- Формиране на база данни от изображения на Сентинел-2А и Сентинел-2Б от изградени платформи на основни полски култури (Зимна обикновена пшеница, Слънчоглед, Царевица и грах).
- Генериране на данни, включващи вегетационни индекси с количествени и качествени характеристики.
- Оценка на фенологичното развитие на културите в зависимост агро-метеорологичните условия.
- Установяване на рискови фактори от абиотичен и биотичен стрес. Сравнителен анализ с 20 годишни данни за региона.
1.2.1-7. Усъвършенстване управлението на напоителните практики чрез прилагане на модела MOHID-Land.
- Събиране на метеорологични данни за района на гр. Пловдив.
- Събиране на данни за физични и химични параметри на почвените профили на района.
- Проучване на модела MOHID-Land за симулиране на динамиката на почвената влага.
- Провеждане на натурни експерименти за измерване на почвената влага.
- Програмиране на гранични и начални условия за прилагането на модела.
- Симулиране на динамиката на почвената влага чрез прилагане на модела MOHID-Land.
1.2.2. Изследване възможностите на безпилотните летателни апарати за провеждане на растителнозащитни мероприятия при отглеждането на основните полски, маслодайни, зеленчукови култури и трайни насаждения и определяне качеството на извършваните дейности, осъществявани по принципно новите технологични схеми
ДЕЙНОСТИ:
1.2.2-1. Изследване възможностите на БЛА за приложение на растително защитни мероприятия при основни полски култури.
- Идентифициране разпространението на болести и неприятели в рамките на изградени платформи от основни полски култури.
- Мониторинг и установяване на ефекта от локално приложение на пестициди, листни торове и антистресови продукти при използване на БЛА.
1.2.2-2. Изследване възможностите на безпилотните летателни апарати за провеждане на растителнозащитни мероприятия при отглеждането на основните зеленчукови култури и трайни насаждения.
- Мултиспектрални камери и RBG камери на безпилотни летателни и апарати за фитопатологични изследвания при основните трайни насаждения.
- Определяне на най-информативните дължини на вълните и вегетативни индекси за дистанционна диагностика на болести при основните трайни насаждения.
- Създаване на модели за класификация на болни и здрави насаждения в безсимптомния период на заболяването на базата на дистанционни измервания.
1.2.2-3. Създаване на специализирани модули към безпилотен летателен апарат и земеделски робот за провеждане на растителнозащитни мероприятия и отглеждането на основните полски, маслодайни, зеленчукови култури.
- Разработване и изследване на алтернативна технология за мониторинг и провеждане на интегрирана растителна защита при отглеждане на земеделски култури посредством използването на проектираната визуална система и вграждането и в земеделски робот и дрон.
- Разработване и изследване на алтернативна технология за мониторинг и отстраняване чрез физико-механичен метод на вредителите при отглеждане на земеделски култури посредством използването на земеделски робот и дрон.
1.2.3. Изследване възможностите на Европейската глобална спътникова радио навигационна система за позициониране „Галилео“ (EGNSS GALILEO) за автономна работа на безпилотните летателни апарати по зададена работна програма
ДЕЙНОСТИ:
1.2.3. Теоретично изследване възможностите на Европейската глобална спътникова радио навигационна система за позициониране „Галилео“ (EGNSS GALILEO) за автономна работа на безпилотните летателни апарати по зададена работна програма.
- Формиране на времеви серии от данни за състоянието на съзвездието от навигационни спътници от състава на GNSS GALILEO.
- Изчисляване на критериите за точност (DOP) на база на събраните данни.
- Провеждане на анализ и оценка на очакваната точност при определяне на местоположението на БЛА в тримерното пространство.
| Ръководител на Работния пакет | Доц. д-р Стефка Атанасова – Тракийски Университет | ||
| Членове на научния колектив | проф. д-р. Пламен Даскалов – РУ | ||
| проф. д-р Николай Златов – ИМех – БАН | |||
| проф. д-р Емилия Михайлова – АУ | |||
| проф. д-р Радослав Андреев – АУ | |||
| проф. д-р Светослав Бобев – АУ | |||
| проф. д-р Александър Матев – АУ | |||
| проф. д.в.н. инж. Боян Медникаров – ВВМУ | |||
| проф. д-р инж. Чавдар Александров – ВВМУ | |||
| проф. д-р инж. Мирослав Цветков – ВВМУ | |||
| проф. д-р инж. Калин Калинов – ВВМУ | |||
| доц. д-р инж. Георги Комитов – АУ | |||
| доц. д-р Атанас Севов – АУ | |||
| доц. д-р Велика Кунева – АУ | |||
| доц. д-р Георги Христов – РУ | |||
| доц. д-р Пламен Захариев – РУ | |||
| доц. д-р Сергей Ранчев – ИМех-БАН | |||
| доц. д-р. Мима Тодорова – ТрУ | |||
| доц. д-р Николай Вълчев – ТрУ | |||
| доц. д-р. Цветелина Георгиева – РУ | |||
| доц. д-р. Златин Златев – ТрУ | |||
| доц. дн. Нели Грозева – ТрУ | |||
| доц. д-р Мария Герджикова – ТрУ | |||
| доц. д-р Росица Меранзова – АУ | |||
| доц. д-р Костадин Костадинов – АУ | |||
| доц. д-р Стоян Филипов – АУ | |||
| доц. д-р Татяна Йончева – ССА | |||
| доц. д-р Антония Стоянова – ТрУ | |||
| доц. д-р Ивайло Сираков – ТрУ | |||
| доц. д-р Катя Величкова – ТрУ | |||
| доц. д-р Галина Михова – ССА | |||
| доц. д-р инж. Йордан Сивков – ВВМУ | |||
| доц. д-р Нина Филипова – ИМех-БАН | |||
| доц. д-р Мила Любомирова – Чиликова- ИМех -БАН | |||
| гл. ас. д-р. Станислав Пенчев – РУ | |||
| гл. ас. д-р. Петя Велева – ТрУ | |||
| гл. ас. д-р. Димитър Йоргов – ТрУ | |||
| гл. ас. д-р Теодора Пашова – АУ | |||
| гл. ас. д-р Радост Петрова – АУ | |||
| гл. ас. д-р Биляна Харизанова-Петрова – АУ | |||
| гл. ас. д-р Митко Георгиев – ТрУ | |||
| гл. ас. д-р Десислава Славчева-Сиракова – АУ | |||
| гл. ас. д-р инж. Иван Митков – млад учен – АУ | |||
| гл. ас. д-р инж. Манол Даллев – АУ | |||
| гл. ас. д-р Николина Шопова – млад учен – АУ | |||
| гл. ас. д-р Мариян Янев – млад учен – АУ | |||
| гл. ас. д-р Димитър Разпопов – АУ | |||
| ас. Ферихан Емурлова – млад учен – ТрУ | |||
| ас. Роксана Минева – ТрУ | |||
| ас. Радослав Гинин – ТрУ | |||
| ас. инж. Веселин Атанасов – млад учен – ВВМУ | |||